微塑料与十二烷基硫酸钠联合暴露对非洲鲶鱼毒性效应的多生物标志物评估及拮抗作用新发现

《Scientific Reports》：A multi-biomarker approach to assess the exposure effects of MPs and/or sodium lauryl sulfate on Clarias Gariepinus

本研究针对淡水环境中微塑料(MPs)和阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SLS)的复合污染问题，通过多生物标志物方法系统评估了二者对非洲鲶鱼(Clarias gariepinus)的毒性效应。意外发现PMPS与SLS在生物体内存在拮抗作用，联合暴露组相比单一暴露组显著减轻了血液生化指标异常、组织病理损伤和纤维化程度，为理解污染物相互作用机制提供了新视角。

　　

在当今塑料制品广泛使用的时代，微塑料污染已成为全球性的环境问题。这些直径小于5毫米的塑料颗粒通过多种途径进入水体环境，对水生生物构成严重威胁。与此同时，阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠(SLS)作为常见的洗涤剂成分，也在水体中频繁被检测到。虽然已有研究分别探讨了MPs和SLS对水生生物的毒性效应，但二者在真实水环境中的复合污染效应却鲜有报道。

这项发表在《Scientific Reports》上的研究首次系统揭示了聚乙烯微塑料(PMPs)与SLS在非洲鲶鱼体内的相互作用模式。令人惊讶的是，当这两种污染物同时存在时，并未产生预期的协同毒性增强效应，反而表现出明显的拮抗作用。这一发现不仅挑战了传统认知，更为理解复杂污染物在生物体内的相互作用机制开辟了新视角。

研究人员采用多学科交叉的研究方法，包括扫描电子显微镜(SEM)表征PMPs的物理特性，系统评估血液学生理指标，检测氧化应激生物标志物如超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)，并结合组织病理学和组织化学分析技术。实验选用平均体重250-300克的健康非洲鲶鱼，设置15天暴露实验，分为PMPs(10 mg/L)、SLS(4 mg/L)、PMPs+SLS混合暴露组和对照组。

主要技术方法

研究采用扫描电子显微镜表征PMPs形态，通过血液学分析仪检测血常规指标，使用生化试剂盒测定肝功能酶(AST、ALT、ALP)和代谢指标(葡萄糖、总蛋白、胆固醇)，采用ELISA法检测炎症因子(IL-6、IL-1β)，运用H&E染色观察红细胞形态和组织病理变化，通过天狼星红(SR)染色评估纤维化程度，利用过碘酸希夫(PAS)染色分析肝糖原含量，并采用ImageJ软件进行半定量分析。

3.1. PMPs表面特性

扫描电镜结果显示，水介质中的PMPs呈现不规则形状和尺寸，这种物理特性可能增强其与生物组织的相互作用能力。

3.2. 血液学指标

暴露15天后，所有实验组均出现显著血液学改变。红细胞计数(RBCs)、血红蛋白(Hb)和红细胞比容(Ht)显著降低，而平均红细胞体积(MCV)在SLS暴露组明显升高。白细胞分类计数显示淋巴细胞和单核细胞百分比下降，嗜酸性粒细胞和中性粒细胞百分比上升。值得注意的是，混合暴露组的血液学参数波动较小，提示毒性效应有所缓解。

3.3. 生化参数

肝功能指标呈现特异性变化：丙氨酸转氨酶(ALT)显著升高，而碱性磷酸酶(ALP)活性降低。血糖、总蛋白和总胆固醇水平在所有暴露组均显著上升。这些变化表明PMPs和SLS干扰了鱼体的能量代谢和肝脏功能。

3.4. 氧化应激生物标志物

氧化应激评估显示，SOD活性和总抗氧化能力显著降低，而MDA水平明显上升，表明暴露于污染物引发了严重的氧化损伤和脂质过氧化反应。

3.5. 红细胞形态

红细胞形态学观察揭示了明显的异形红细胞症。PMPs暴露组出现裂红细胞、镰状细胞和椭圆形红细胞；SLS暴露组可见肿胀细胞、溶血细胞和泪滴状细胞；混合暴露组虽也存在红细胞形态异常，但严重程度较轻。

3.6. 组织学分析

肝脏病理学：PMPs和SLS单一暴露组肝组织出现严重水样变性、坏死区域、炎性细胞浸润和脂肪沉积。混合暴露组虽也存在病理改变，但严重程度明显减轻。组织病理学评分显示，混合暴露组的肝损伤评分显著低于单一暴露组。

脾脏病理学：脾组织同样出现显著病理改变，包括淋巴细胞耗竭、椭球结构增生和黑色素巨噬细胞中心增加。混合暴露组的脾脏病理损伤评分介于对照组和单一暴露组之间。

3.7. 组织化学分析

纤维化定位与定量：天狼星红染色显示，PMPs和SLS单一暴露组肝脾组织胶原纤维沉积显著增加，而混合暴露组的纤维化程度明显减轻。ImageJ软件半定量分析证实，混合暴露组的胶原纤维密度和分布面积显著低于单一暴露组。

肝多糖沉积定位与定量：PAS染色显示，PMPs和SLS单一暴露组肝糖原含量显著降低，而混合暴露组的糖原沉积部分恢复，提示低血糖状态有所改善。

本研究通过多生物标志物方法证实，PMPs和SLS单一暴露均对非洲鲶鱼造成严重生理毒性，包括血液学异常、氧化应激、组织损伤和代谢紊乱。然而，令人意外的是，两种污染物联合暴露时产生了明显的拮抗效应，毒性反应显著减轻。研究者推测，这种拮抗作用可能源于PMPs与SLS在生物体内发生了化学螯合作用，改变了两者的物理化学特性，从而降低了生物可利用性。

这一发现具有重要的环境毒理学意义。首先，它揭示了污染物相互作用复杂性，挑战了传统"混合毒性增强"的简单假设。其次，研究结果为理解真实环境中多种污染物共存时的生态风险提供了新视角。最后，这种拮抗作用的机制研究可能为开发新型污染控制策略提供思路。

然而，这种拮抗作用的分子机制尚待阐明。未来研究需要化学家和毒理学家的跨学科合作，深入探索PMPs与SLS在生物体内的相互作用模式，以及这种相互作用对污染物生物可利用性和毒代动力学的影响。此外，不同浓度比例、暴露时间和环境条件下这种拮抗效应的稳定性也需要进一步验证。

这项由Alyaa Elsayed、Hamdy A.M. Soliman、Fatma Ahmed、Hanem S. Abdel-Tawab和Alaa El-Din H. Sayed共同完成的研究，不仅为水生生态风险评估提供了重要科学依据，也为理解复杂污染环境的生物效应开辟了新研究方向。随着塑料污染问题的日益严峻，这类研究对制定有效的水环境保护策略具有重要指导价值。